浮壁式火焰筒瓦塊結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析方法研究.pdf

1、浮壁式火焰筒結(jié)構(gòu)可以有效改善火焰筒壁溫分布和提高冷卻效果，是未來燃燒室冷卻的主要結(jié)構(gòu)形式。目前國內(nèi)外對浮壁式火焰筒瓦塊結(jié)構(gòu)的壁溫和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究還未見報(bào)導(dǎo)。本文針對沖擊－發(fā)散冷卻形式的典型浮壁式火焰筒浮動瓦塊結(jié)構(gòu)，開展了浮動壁壁溫分布優(yōu)化和浮動瓦塊結(jié)構(gòu)優(yōu)化等研究，主要研究工作包括：
　　 (1)提出并建立了浮動瓦塊的三維參數(shù)化建模方法。通過提取浮動瓦塊的建模參數(shù)，并根據(jù)沖擊孔、氣膜孔、擾流柱在瓦塊上排布，按照其陣列規(guī)律在瓦塊有

2、效面積上以最大數(shù)量排布的原則，分別建立沖擊孔、氣膜孔、擾流柱的數(shù)量和位置與其尺寸參數(shù)、沖擊孔間距、瓦塊尺寸參數(shù)之間的關(guān)系?；贏NSYS軟件平臺，開發(fā)了浮動瓦塊的三維參數(shù)化自動建模程序，可以對沖擊孔－氣膜孔－擾流柱陣列為1:3:0、1:3:4和1:3:12三種冷卻形式的平板、環(huán)形和環(huán)形帶外套三種結(jié)構(gòu)類型的9種浮動瓦塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行自動建模。本文對9種浮動瓦塊結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)建模和有限元分析算例，驗(yàn)證了本文浮動瓦塊結(jié)構(gòu)建模方法的合理性。
　　

3、 (2)開展浮動瓦塊結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法研究，提出并建立了室溫和高溫(熱－結(jié)構(gòu)耦合)條件下浮動瓦塊結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析模型和優(yōu)化方法。提出了首先采用精英保留自適應(yīng)遺傳算法，對浮動瓦塊中螺栓桿的位置變量進(jìn)行連續(xù)變量優(yōu)化，然后采用“窮舉搜索法”，對螺栓桿直徑和瓦塊厚度進(jìn)行離散變量優(yōu)化的遞進(jìn)式優(yōu)化策略。基于浮動壁壁溫優(yōu)化分析結(jié)果，針對沖擊孔－氣膜孔排列為1:3的平板、環(huán)形和環(huán)形帶外套三種瓦塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化算例分析，驗(yàn)證了本文優(yōu)化方法的適用性。
　

4、　 (3)針對沖擊.發(fā)散冷卻形式的浮動瓦塊結(jié)構(gòu)，研究了浮動壁壁溫的數(shù)值仿真技術(shù)。該技術(shù)采用UG建模軟件和ICEMCFD網(wǎng)格劃分軟件建立浮動壁壁溫計(jì)算模型，基于FLUENT軟件，采用熱－流耦合整場求解方法計(jì)算得到浮動壁壁溫分布，并通過建立和調(diào)用相應(yīng)庫文件的方式實(shí)現(xiàn)浮動壁網(wǎng)格模型的自動劃分和壁溫的自動仿真計(jì)算。浮動壁壁溫的數(shù)值仿真結(jié)果與換熱試驗(yàn)結(jié)果的對比最大誤差為4.6％，驗(yàn)證了本文浮動壁壁溫?cái)?shù)值分析模型和計(jì)算方法的有效性。
　　

5、 (4)開展浮動壁壁溫分布的優(yōu)化方法研究，提出并建立了浮動壁壁溫分布優(yōu)化分析模型和“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)－遺傳算法”優(yōu)化分析方法。優(yōu)化過程中首先利用均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)思想獲得浮動壁結(jié)構(gòu)的樣本，建立浮動壁沖擊高度H、沖擊孔間距Si、沖擊孔直徑Di、氣膜孔直徑Dd、氣膜孔與壁面角度α等5個(gè)優(yōu)化變量到浮動壁壁溫的BP網(wǎng)絡(luò)仿真模型，得到優(yōu)化變量與當(dāng)量溫度Tss之間可靠的映射關(guān)系；然后基于該映射關(guān)系，使用精英保留自適應(yīng)遺傳算法對浮動壁壁溫進(jìn)行優(yōu)化。浮動壁壁溫優(yōu)化算

6、例分析表明本文建立的優(yōu)化分析模型和優(yōu)化分析方法是可行的。
　　 (5)開展浮動瓦塊結(jié)構(gòu)的熱.結(jié)構(gòu)耦合結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析方法研究?；诟颖诒跍氐臄?shù)值仿真結(jié)果，采用溫度計(jì)算網(wǎng)格臨近節(jié)點(diǎn)溫度插值法，實(shí)現(xiàn)浮動壁壁溫仿真與瓦塊結(jié)構(gòu)有限元分析間的壁溫?cái)?shù)值傳遞，并利用熱-結(jié)構(gòu)間接耦合的有限元分析技術(shù)，建立了浮動瓦塊結(jié)構(gòu)的熱.結(jié)構(gòu)耦合分析方法。算例分析表明本文建立的熱-結(jié)構(gòu)耦合分析方法是合理的。
　　 (6)提出并建立了瓦塊結(jié)構(gòu)的熱-流-結(jié)